Avaliação da influência de tratamentos superficiais na absortância e morfologia de filmes absorvedores de Mo/SiO2 obtidos via Sputtering
Autor(a) principal: | |
---|---|
Data de Publicação: | 2021 |
Tipo de documento: | Dissertação |
Idioma: | por |
Título da fonte: | Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UFPB |
Texto Completo: | https://repositorio.ufpb.br/jspui/handle/123456789/22210 |
Resumo: | Sustainable development is directly related to renewable energy sources. Among these sources is the Sun, from which practically all the energy used on the planet derives. Solar energy can be used to generate electricity through photovoltaic modules or thermal power plants that use electric generators, or used to heat water in solar collectors for direct use. The good thermal performance of solar collectors depends on the selective coverage that covers the absorber plate of the collectors, known as selective surfaces, which are materials with high capacity to absorb solar radiation and low infrared emission. Various materials and layer configurations can be used in manufacturing selective surfaces. This work proposes the production of selective surfaces in multilayers of molybdenum (Mo) and silica (SiO2) in order to optimize the thermal performance of the system, comparing different parameters in the sputtering deposition technique, and evaluating the influence of the type of substrate treatment on this performance. The results obtained in UV-Visible and Near Infrared Spectrophotometry showed that the surface absorptance is higher for Mo and Mo/SiO2 films on electropolished surfaces compared to treatments with acid and hexane. The highest absorptance reached was 98.10% for a Mo/SiO2 film. Band gaps were estimated by the Tauc method and assumed values ranging from 0.7 to 3.45 eV. These values increase with increasing film thickness, increasing absorptance. Higher band gap values indicate the formation of Cr2O3 in the film. In electropolished samples it was determined the existence of more than one energy gap that is related to the higher absorptance of these samples. Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR) indicated the presence of residues of materials used in the surface treatments of substrates and characteristic bands of the vibration of Cr2O3 bonds from chemical passivation, and a marked band characteristic of SiO2 bonds. X-ray diffraction (XRD) exhibited peaks characteristic of the metallic Mo phase, and the presence of silica in the amorphous and crystalline phases in the form of quartz was also verified. The results obtained in Optical Profilometry indicate that the absorptance of the samples is influenced by the roughness of the substrates. The thickness and roughness of the films were evaluated using Atomic Force Microscopy (AFM), which determined thickness values characteristic of thin films. |
id |
UFPB_7ecb2f28ea2a0c2bb876a4dec1186df3 |
---|---|
oai_identifier_str |
oai:repositorio.ufpb.br:123456789/22210 |
network_acronym_str |
UFPB |
network_name_str |
Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UFPB |
repository_id_str |
|
spelling |
Avaliação da influência de tratamentos superficiais na absortância e morfologia de filmes absorvedores de Mo/SiO2 obtidos via SputteringSuperfície seletivaMolibdênioSiO2SputteringAbsortânciaSelective SurfaceMolybdenumAbsorptanceCNPQ::ENGENHARIASSustainable development is directly related to renewable energy sources. Among these sources is the Sun, from which practically all the energy used on the planet derives. Solar energy can be used to generate electricity through photovoltaic modules or thermal power plants that use electric generators, or used to heat water in solar collectors for direct use. The good thermal performance of solar collectors depends on the selective coverage that covers the absorber plate of the collectors, known as selective surfaces, which are materials with high capacity to absorb solar radiation and low infrared emission. Various materials and layer configurations can be used in manufacturing selective surfaces. This work proposes the production of selective surfaces in multilayers of molybdenum (Mo) and silica (SiO2) in order to optimize the thermal performance of the system, comparing different parameters in the sputtering deposition technique, and evaluating the influence of the type of substrate treatment on this performance. The results obtained in UV-Visible and Near Infrared Spectrophotometry showed that the surface absorptance is higher for Mo and Mo/SiO2 films on electropolished surfaces compared to treatments with acid and hexane. The highest absorptance reached was 98.10% for a Mo/SiO2 film. Band gaps were estimated by the Tauc method and assumed values ranging from 0.7 to 3.45 eV. These values increase with increasing film thickness, increasing absorptance. Higher band gap values indicate the formation of Cr2O3 in the film. In electropolished samples it was determined the existence of more than one energy gap that is related to the higher absorptance of these samples. Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR) indicated the presence of residues of materials used in the surface treatments of substrates and characteristic bands of the vibration of Cr2O3 bonds from chemical passivation, and a marked band characteristic of SiO2 bonds. X-ray diffraction (XRD) exhibited peaks characteristic of the metallic Mo phase, and the presence of silica in the amorphous and crystalline phases in the form of quartz was also verified. The results obtained in Optical Profilometry indicate that the absorptance of the samples is influenced by the roughness of the substrates. The thickness and roughness of the films were evaluated using Atomic Force Microscopy (AFM), which determined thickness values characteristic of thin films.Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPESO desenvolvimento sustentável relaciona-se diretamente com as fontes de energias renováveis. Entre essas fontes está o Sol, do qual deriva praticamente toda a energia usada no planeta. A energia solar pode ser aproveitada para a geração de eletricidade através dos módulos fotovoltaicos ou em usinas térmicas que empregam geradores elétricos, ou aproveitada para o aquecimento de água em coletores solares para uso direto. O bom desempenho térmico de coletores solares depende da cobertura seletiva que recobre a placa absorvedora dos coletores, conhecidas como superfícies seletivas, que são materiais com alta capacidade de absorção de radiação solar e baixa emissão no infravermelho. Diversos materiais e configurações de camadas podem ser usadas na fabricação de superfícies seletivas. Este trabalho propõe a produção de superfícies seletivas em multicamadas de molibdênio (Mo) e sílica (SiO2) afim de otimizar o desempenho térmico do sistema, comparando diferentes parâmetros na técnica de deposição de Sputtering, e avaliando a influência do tipo de tratamento do substrato nesse desempenho. Os resultados obtidos na Espectrofotometria na Região do UV-Visível e Infravermelho Próximo mostraram que a absortância das superfícies é superior para filmes de Mo e Mo/SiO2 em superfícies eletropolidas em comparação com os tratamentos com ácido e hexano. A maior absortância atingida foi de 98,10% para um filme de Mo/SiO2. Os band gaps foram estimados pelo método de Tauc e assumiram valores de variando de 0,7 a 3,45 eV. Esses valores aumentam com o aumento da espessura do filme, aumentando a absortância. Os valores de band gap mais altos indicam a formação de Cr2O3 no filme. Nas amostras eletropolidas foi determinada a existência de mais de um gap de energia que se relaciona com a maior absortância dessas amostras. A Espectroscopia no Infravermelho por Transformada de Fourier (FTIR) indicou a presença de resíduos dos materiais utilizados nos tratamentos superficiais dos substratos e bandas características da vibração de ligações de Cr2O3 proveniente da passivação química, e uma banda acentuada característica das ligações de SiO2. A difração de Raios X (DRX) exibiu picos característicos da fase de Mo metálico, sendo também verificado a presença da sílica na fase amorfa e cristalina na forma de quartzo. Os resultados obtidos na Perfilometria Óptica indicam que a absortância das amostras é influenciada pela rugosidade dos substratos. As espessuras e a rugosidade dos filmes foram avaliadas através da Microscopia de Força Atômica (AFM), que determinou valores de espessura característicos de filmes finos.Universidade Federal da ParaíbaBrasilEngenharia de Energias RenováveisPrograma de Pós-Graduação em Energias RenováveisUFPBGomes, Kelly Cristianehttp://lattes.cnpq.br/067848515296106Oliveira, Aline da Silva2022-02-25T17:42:04Z2021-09-252022-02-25T17:42:04Z2021-05-28info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesishttps://repositorio.ufpb.br/jspui/handle/123456789/22210porAttribution-NoDerivs 3.0 Brazilhttp://creativecommons.org/licenses/by-nd/3.0/br/info:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UFPBinstname:Universidade Federal da Paraíba (UFPB)instacron:UFPB2022-04-27T12:26:27Zoai:repositorio.ufpb.br:123456789/22210Biblioteca Digital de Teses e Dissertaçõeshttps://repositorio.ufpb.br/PUBhttp://tede.biblioteca.ufpb.br:8080/oai/requestdiretoria@ufpb.br|| diretoria@ufpb.bropendoar:2022-04-27T12:26:27Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UFPB - Universidade Federal da Paraíba (UFPB)false |
dc.title.none.fl_str_mv |
Avaliação da influência de tratamentos superficiais na absortância e morfologia de filmes absorvedores de Mo/SiO2 obtidos via Sputtering |
title |
Avaliação da influência de tratamentos superficiais na absortância e morfologia de filmes absorvedores de Mo/SiO2 obtidos via Sputtering |
spellingShingle |
Avaliação da influência de tratamentos superficiais na absortância e morfologia de filmes absorvedores de Mo/SiO2 obtidos via Sputtering Oliveira, Aline da Silva Superfície seletiva Molibdênio SiO2 Sputtering Absortância Selective Surface Molybdenum Absorptance CNPQ::ENGENHARIAS |
title_short |
Avaliação da influência de tratamentos superficiais na absortância e morfologia de filmes absorvedores de Mo/SiO2 obtidos via Sputtering |
title_full |
Avaliação da influência de tratamentos superficiais na absortância e morfologia de filmes absorvedores de Mo/SiO2 obtidos via Sputtering |
title_fullStr |
Avaliação da influência de tratamentos superficiais na absortância e morfologia de filmes absorvedores de Mo/SiO2 obtidos via Sputtering |
title_full_unstemmed |
Avaliação da influência de tratamentos superficiais na absortância e morfologia de filmes absorvedores de Mo/SiO2 obtidos via Sputtering |
title_sort |
Avaliação da influência de tratamentos superficiais na absortância e morfologia de filmes absorvedores de Mo/SiO2 obtidos via Sputtering |
author |
Oliveira, Aline da Silva |
author_facet |
Oliveira, Aline da Silva |
author_role |
author |
dc.contributor.none.fl_str_mv |
Gomes, Kelly Cristiane http://lattes.cnpq.br/067848515296106 |
dc.contributor.author.fl_str_mv |
Oliveira, Aline da Silva |
dc.subject.por.fl_str_mv |
Superfície seletiva Molibdênio SiO2 Sputtering Absortância Selective Surface Molybdenum Absorptance CNPQ::ENGENHARIAS |
topic |
Superfície seletiva Molibdênio SiO2 Sputtering Absortância Selective Surface Molybdenum Absorptance CNPQ::ENGENHARIAS |
description |
Sustainable development is directly related to renewable energy sources. Among these sources is the Sun, from which practically all the energy used on the planet derives. Solar energy can be used to generate electricity through photovoltaic modules or thermal power plants that use electric generators, or used to heat water in solar collectors for direct use. The good thermal performance of solar collectors depends on the selective coverage that covers the absorber plate of the collectors, known as selective surfaces, which are materials with high capacity to absorb solar radiation and low infrared emission. Various materials and layer configurations can be used in manufacturing selective surfaces. This work proposes the production of selective surfaces in multilayers of molybdenum (Mo) and silica (SiO2) in order to optimize the thermal performance of the system, comparing different parameters in the sputtering deposition technique, and evaluating the influence of the type of substrate treatment on this performance. The results obtained in UV-Visible and Near Infrared Spectrophotometry showed that the surface absorptance is higher for Mo and Mo/SiO2 films on electropolished surfaces compared to treatments with acid and hexane. The highest absorptance reached was 98.10% for a Mo/SiO2 film. Band gaps were estimated by the Tauc method and assumed values ranging from 0.7 to 3.45 eV. These values increase with increasing film thickness, increasing absorptance. Higher band gap values indicate the formation of Cr2O3 in the film. In electropolished samples it was determined the existence of more than one energy gap that is related to the higher absorptance of these samples. Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR) indicated the presence of residues of materials used in the surface treatments of substrates and characteristic bands of the vibration of Cr2O3 bonds from chemical passivation, and a marked band characteristic of SiO2 bonds. X-ray diffraction (XRD) exhibited peaks characteristic of the metallic Mo phase, and the presence of silica in the amorphous and crystalline phases in the form of quartz was also verified. The results obtained in Optical Profilometry indicate that the absorptance of the samples is influenced by the roughness of the substrates. The thickness and roughness of the films were evaluated using Atomic Force Microscopy (AFM), which determined thickness values characteristic of thin films. |
publishDate |
2021 |
dc.date.none.fl_str_mv |
2021-09-25 2021-05-28 2022-02-25T17:42:04Z 2022-02-25T17:42:04Z |
dc.type.status.fl_str_mv |
info:eu-repo/semantics/publishedVersion |
dc.type.driver.fl_str_mv |
info:eu-repo/semantics/masterThesis |
format |
masterThesis |
status_str |
publishedVersion |
dc.identifier.uri.fl_str_mv |
https://repositorio.ufpb.br/jspui/handle/123456789/22210 |
url |
https://repositorio.ufpb.br/jspui/handle/123456789/22210 |
dc.language.iso.fl_str_mv |
por |
language |
por |
dc.rights.driver.fl_str_mv |
Attribution-NoDerivs 3.0 Brazil http://creativecommons.org/licenses/by-nd/3.0/br/ info:eu-repo/semantics/openAccess |
rights_invalid_str_mv |
Attribution-NoDerivs 3.0 Brazil http://creativecommons.org/licenses/by-nd/3.0/br/ |
eu_rights_str_mv |
openAccess |
dc.publisher.none.fl_str_mv |
Universidade Federal da Paraíba Brasil Engenharia de Energias Renováveis Programa de Pós-Graduação em Energias Renováveis UFPB |
publisher.none.fl_str_mv |
Universidade Federal da Paraíba Brasil Engenharia de Energias Renováveis Programa de Pós-Graduação em Energias Renováveis UFPB |
dc.source.none.fl_str_mv |
reponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UFPB instname:Universidade Federal da Paraíba (UFPB) instacron:UFPB |
instname_str |
Universidade Federal da Paraíba (UFPB) |
instacron_str |
UFPB |
institution |
UFPB |
reponame_str |
Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UFPB |
collection |
Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UFPB |
repository.name.fl_str_mv |
Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UFPB - Universidade Federal da Paraíba (UFPB) |
repository.mail.fl_str_mv |
diretoria@ufpb.br|| diretoria@ufpb.br |
_version_ |
1801842988401295360 |